Teamet av forskare, ledd av Bing Ren, PhD, vetenskaplig chef för NHGRI Center for Computational and Functional Genomics och en utredare från Howard Hughes Medical Institute, publicerade sina resultat idag (22 september 2022) i tidskriften Nature.
"Den nya tekniken gör det möjligt att samtidigt analysera RNA-dynamik och funktioner som genreglerande regioner och RNA-modifieringar, vilket är ett spännande framsteg för forskare", säger Ren.
RNA-molekyler är viktiga för livet; de spelar en central roll i många biologiska processer, inklusive proteinsyntes, cellsignalering och genreglering. Nivåerna och aktiviteten av RNA-molekyler måste kontrolleras noggrant i en cell för att upprätthålla cellulär homeostas.
2014 uppfann Rens team en metod som kallas single-cell RNA-seq (scRNA-seq), ett kraftfullt verktyg som erbjuder omfattande information om nivåerna, funktionerna och egenskaperna hos RNA-molekyler i enskilda celler. scRNA-seq har sedan dess blivit en allmänt använd teknologi som har utvecklat forskarnas förståelse för komplexiteten i cellulär biologi.
"Encellig RNA-seq revolutionerade fältet genom att tillhandahålla en ögonblicksbild av individuella celler vid en specifik tidpunkt", säger medförfattaren Jingjing Li, PhD, en senior forskare i Rens labb. "Med det nya tillvägagångssättet kan vi studera inte bara en statisk bild, utan också en dynamisk film av hur RNA förändras som svar på cellulära händelser eller genetiska störningar, vilket ger oss oöverträffade insikter i de invecklade regleringsmekanismerna för genuttryck."
Forskarna skapade scSLAM-IsoSeq-tekniken genom att bygga på två tidigare befintliga metoder:scSLAM-seq, som mäter synteshastigheten för RNA-molekyler i enskilda celler; och Iso-seq, som kan fånga olika former av RNA-molekyler (isoformer). Den resulterande tekniken, scSLAM-IsoSeq, ger mycket detaljerad information om dynamiken och egenskaperna hos enskilda RNA-molekyler, inklusive hastigheten för RNA-produktion och -nedbrytning, alternativa splitsningsmönster och modifieringar.
För att demonstrera förmågan hos scSLAM-IsoSeq analyserade NHGRI-forskarna RNA-dynamik och egenskaper i två olika cellulära stresstillstånd:värmechock och behandling med läkemedlet thapsigargin, båda kända för att inducera ett cellulärt stresssvar. De studerade dessa cellulära svar i två olika celltyper:embryonala stamceller från mus och mänskliga inducerade pluripotenta stamceller. Denna forskning gjorde det möjligt för teamet att avslöja nya insikter om hur RNA-molekyler reagerar på en föränderlig miljö. Till exempel fann de att RNA-isoformer spelar viktiga roller i cellulär stressrespons, vilket tyder på deras potential som terapeutiska mål för sjukdomar som härrör från cellulär stress.
"Vi tror att den här nya tekniken kommer att vara transformerande för RNA-biologi och kommer att bana väg för framtida studier om RNA-reglering, cellulär omprogrammering och sjukdomsmekanismer", säger medförfattaren Jianan Ma, PhD, även seniorforskare i Rens labb .
Forskarna planerar att ytterligare förbättra scSLAM-IsoSeq och göra den mer tillgänglig för det bredare forskarsamhället för att stimulera till nya upptäckter inom RNA-biologi och mänskliga sjukdomar.
